AbituraufgabenPigmente absorbieren Licht

Front: 8,0 cm. \(R_f(\text{B1}) = 7{,}6/8{,}0 = 0{,}95\); \(R_f(\text{B2}) = 4{,}4/8{,}0 = 0{,}55\); \(R_f(\text{B3}) = 3{,}6/8{,}0 = 0{,}45\); \(R_f(\text{B4}) = 2{,}4/8{,}0 = 0{,}30\).

B1 (orange, fast an der Front) = Carotin: reiner Kohlenwasserstoff, sehr unpolar. B2 (blaugrün) = Chlorophyll a, B3 (gelbgrün) = Chlorophyll b: Chlorophyll b trägt statt einer Methylgruppe eine polarere Aldehydgruppe und wandert daher weniger weit. B4 (gelb) = Xanthophylle: sauerstoffhaltige Carotinoide mit Hydroxygruppen, polarer als Carotin, haften stärker am Kieselgel.

Das Kieselgel (stationäre Phase) ist polar, das Fließmittel (mobile Phase) überwiegend unpolar. Jedes Pigment verteilt sich zwischen Anlagerung (Adsorption) an das Kieselgel und Lösung im Fließmittel. Unpolare Pigmente wie Carotin werden kaum adsorbiert und lösen sich gut im Fließmittel — sie wandern fast mit der Front. Polarere Pigmente (Chlorophyll b, Xanthophylle) werden stärker festgehalten und bleiben zurück. Da sich die Pigmente in ihrer Polarität unterscheiden, entstehen getrennte Banden.

Filzstift enthält selbst Farbstoffe, die im Fließmittel mitwandern und sich als zusätzliche Flecken mit den Pigmentbanden überlagern; deshalb nimmt man einen Bleistift (Graphit ist unlöslich). Liegt die Startlinie im Fließmittel, lösen sich die Pigmente aus dem Startfleck direkt in das Fließmittel in der Kammer, statt auf der Platte aufzusteigen — auf der Platte kommen kaum Pigmente an, eine Trennung bleibt aus. Richtig: Fließmittelspiegel unterhalb der Startlinie.

Die Sauerstoffbildung hat zwei Bereiche hoher Werte: im Blau (Maximum 0,85 bei 440 nm, 0,72–0,74 zwischen 420 und 470 nm) und im Rot (Maximum 1,00 bei 665 nm, 0,66 bei 640 nm). Dazwischen fällt sie ab und erreicht im Grünen ihr Minimum (0,22 bei 550 nm), ist aber nicht null. Oberhalb von 665 nm fällt sie steil ab (0,12 bei 700 nm).

Gemeinsamkeiten: Beide Reihen haben Maxima im Blau (um 440 nm) und im Rot (um 665 nm) sowie ein Minimum im Grünen — die Chlorophylle liefern also den größten Teil der Energie. Unterschiede: Zwischen 470 und 490 nm ist die Sauerstoffbildung (0,74 bzw. 0,55) deutlich höher, als die Chlorophyll-Absorption (0,40 bzw. 0,15) erwarten lässt. Auch im Grünen liegt die Sauerstoffbildung (0,22) über der Chlorophyll-Absorption (0,04); im intakten Blatt wird Licht mehrfach gestreut und dadurch stärker absorbiert als im Extrakt. Das Wirkungsspektrum ist also breiter als das Absorptionsspektrum der Chlorophylle.

Die Bakterien brauchen Sauerstoff und bewegen sich zu Stellen hoher Sauerstoffkonzentration; ihre Dichte zeigt an, wo die Alge viel Sauerstoff bildet, also wo die Fotosyntheserate hoch ist. Die Ansammlungen im Rot und im Blau entsprechen den Absorptionsmaxima der Chlorophylle; im Grünen und Gelben wird wenig Licht absorbiert und wenig Sauerstoff gebildet. ENGELMANN erhielt damit ein Wirkungsspektrum der Fotosynthese, das mit M2 übereinstimmt: Nur absorbiertes Licht wird genutzt.

Die Aussage ist nicht haltbar. Bei 470 nm absorbieren die Chlorophylle nur 0,40, die Carotinoide aber 0,85; die Sauerstoffbildung ist mit 0,74 fast so hoch wie im Blaumaximum. Bei 490 nm (Chlorophylle 0,15, Carotinoide 0,55) liegt sie noch bei 0,55. Diese Fotosyntheseleistung lässt sich nur erklären, wenn die von Carotinoiden absorbierte Energie auf Chlorophyll a übertragen und genutzt wird. Carotinoide sind daher akzessorische Pigmente, die den nutzbaren Spektralbereich erweitern (zusätzlich schützen sie vor Schäden durch zu starkes Licht). Einschränkend: M2 enthält Modellwerte, und die Wirksamkeit der Carotinoide ist geringer als ihre Absorption — die Rate erreicht bei 470 nm nicht das Maximum. Dass Carotinoide im Herbst sichtbar werden, liegt am Abbau der Chlorophylle und widerspricht ihrer Funktion nicht.